Biological and molecular characterization of bean common mosaic necrosis virus isolates

Abstract

Bean common mosaic virus (BCMV) and Bean common mosaic necrosis virus (BCMNV) are major virus species infecting legumes. Both viruses are members of the Potyvirus genus of the Potyviridae family, and transmitted by aphids and seeds of the infected plants. BCMNV is especially prevalent in Africa, and causes significant yield losses due to severe top necrosis in the I gene-carrying common bean plants. Strains of BCMV and BCMNV are classified into eight pathogroups (PG). BCMNV strains identified so far have been assigned to PG III and PG VI. The first part of this study involved the identification of pathogroups of BCMNV isolates biologically, and characterization of them molecularly in terms of the partial Nuclear Inclusion b (NIb) and coat protein (CP) gene-regions. First of all, BCMNV isolates, NL-5-like and NWS, were mechanically inoculated onto leaves of susceptible plants to propagate the virus. Then, according to the reactions of differential common bean hosts, the pathogroups of these isolates were investigated. Both NL-5-like and NWS were assigned to PG VI, but the NWS isolate was found to be more virulent than the NL-5-like isolate. Also, dsRNAs were isolated from bean plants infected with BCMNV isolates, and the partial NIb and CP regions of the isolates were amplified by reverse transcriptionpolymerase chain reaction (RT-PCR). Assessments were made after direct sequencing of PCR products, and the genetic identities of BCMNV isolates from Turkey and other parts of the world were analyzed by BLASTn. The results of comparisons showed that NL-5- like and NWS isolates had 100% and 99.04% identities with the isolates belonging to NL3 and NL-5 strains (USA origin) of BCMNV, respectively. In addition, the amino acid sequences of NWS and NL-5-like isolates had 100% identity to those of NL-3-like strains of BCMNV. In the second part of the study, twenty commercial soybean cultivars were screened for reactions to NL-5-like isolate of BCMNV. After mechanical inoculation and testing leaves of soybean cultivars by DAS-ELISA, Adasoy, Arisoy, Ataem, Atlas 3616, Atakişi, Blaze, Cinsoy, Ilksoy, May-5154, Samsoy, SA-88 and Ohio were found to be susceptible to BCMNV. However, Gapsoy-16, Mona, Nazlican, Prota Y, Safir, Soy Anam, Srebrina and Umut 2002 were determined to be resistant. The pathogroup information of BCMNV isolates and soybean cultivars determined to be resistant can be used to improve new virusresistant bean and soybean cultivars in breeding studies in future.

Bean common mosaic virus (BCMV) ve Bean common mosaic necrosis virus (BCMNV) baklagil bitkilerini enfekte eden önemli bitki virüsleridir. Her iki virüs türü Potyviridae familyası, Potyvirus cinsi üyesidir, ve tohumla ve yaprak biti türleri ile taşınma özelliğindedir. BCMNV, özellikle Afrika'da yaygın olup, I geni içeren fasulye bitkilerinde şiddetli tepe nekrozu sebebiyle önemli ürün kayıpları oluşturmaktadır. Dünyada şu ana kadar belirlenmiş olan BCMV ve BCMNV izolatları, sekiz patojenite grubuna (Patogrup; PG) ayrılmıştır. BCMNV ırkları PG III ve PG VI’da yer almıştır. Bu çalışmanın ilk bölümü, BCMNV izolatlarının biyolojik olarak patogruplarının belirlenmesini ve kısmi Nuclear inclusion b (NIb) ve kılıf protein (CP) gen bölgelerinin moleküler karakterizasyonunu içermektedir. Öncelikle, BCMNV izolatlarının (NL-5- benzeri ve NWS) hassas fasulye çeşitlerine mekanik inokulasyon yöntemi ile bulaştırılarak, çoğaltımı sağlanmıştır. Daha sonra izolatların indikatör fasulye genotiplerinde oluşturdukları reaksiyonlara göre, patogrupları araştırılmıştır. Çalışmada, her iki izolatın PG VI’ da yer aldığı, ancak NWS izolatının, NL-5-benzeri izolata göre daha virulent olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, BCMNV izolatları ile enfekteli fasulye bitkilerinden dsRNA’lar izole edilmiş ve izolatların kısmi NIb ve CP gen bölgeleri, ters transkripsiyon-polimeraz zincir reaksiyonu (RT-PCR) ile çoğaltılmıştır. Takiben, sekans analizi ile PCR ürünlerinin nükleotid dizileri belirlenmiş ve BCMNV Türkiye izolatları ile diğer ülkelerde saptanan BCMNV izolatlarının genetik benzerlikleri BLASTn analizi ile incelenmiştir. NL-5-benzeri ve NWS izolatlarının, BCMNV’nin ABD orjinli NL-3 ve NL-5 ırklarına ait izolatlar ile sırasıyla %100 ve %99.04 benzerlik gösterdiği belirlenmiştir. Ayrıca, NWS ve NL-5-benzeri izolatların amino asit dizisi bakımından BCMNV NL-3-benzeri ırklar ile %100 benzerliğe sahip olduğu tespit edilmiştir. Çalışmada, 20 ticari soya fasulyesi çeşidinin BCMNV NL-5-benzeri izolatına reaksiyonları araştırılmıştır. İnokule edilen soya çeşitlerinin DAS-ELISA ile test edilmesi sonucunda, Adasoy, Arısoy, Ataem, Atlas 3616, Atakişi, Blaze, Cinsoy, İlksoy, May5451, Ohio, Samsoy ve SA-88 çeşitlerinin BCMNV’ye hassas olduğu belirlenmiştir. Çalışmada, Gapsoy-16, Mona, Nazlıcan, Prota Y, Safir, Soya Anam, Srebrina ve Umut 2002 çeşitleri ise dayanıklı bulunmuştur. BCMNV izolatlarının patogrup bilgileri ve dayanıklı olarak belirlenen soya çeşitleri, gelecekte virüs-dayanıklı yeni fasulye ve soya çeşitlerinin geliştirilmesi ile ilgili çalışmalarda kullanılabilir.